JP2021113349A - Manufacturing method of target - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書が開示する技術は、Li(リチウム)を含有するNiO(酸化ニッケル)膜を成膜するためのターゲットの製造方法に関する。 The technique disclosed herein relates to a method for producing a target for forming a NiO (nickel oxide) film containing Li (lithium).
特許文献1に、Liを含有するNiO膜の製造方法が開示されている。この製造方法では、ターゲットとして、Liを含有するNiO焼結体を用いている。 Patent Document 1 discloses a method for producing a NiO film containing Li. In this production method, a Li-containing NiO sintered body is used as a target.
一般に、ターゲットの製造方法では、原料を約700℃の焼結温度で焼結する工程と、その後に冷却する工程とが実行される。上記したNiO膜の製造方法に用いられるターゲットは、原料にLi粉末を含んでいる。Liの融点(約180℃)は焼結温度よりも低いことから、上記したターゲットの焼結工程において、Liは溶融する。その後、Liは冷却工程において凝固する。その結果、製造されたターゲットにはLiの偏析が生じるおそれがある。ターゲットにLiの偏析が生じていると、それを用いて成膜を行ったときに、Liの濃度が不均一なNiO膜が成膜されるおそれがある。本明細書では、Liの濃度が均一なNiO膜を形成するための技術を提供する。 Generally, in the target manufacturing method, a step of sintering the raw material at a sintering temperature of about 700 ° C. and a step of cooling after that are executed. The target used in the above-mentioned method for producing a NiO film contains Li powder as a raw material. Since the melting point of Li (about 180 ° C.) is lower than the sintering temperature, Li melts in the above-mentioned target sintering step. After that, Li solidifies in the cooling step. As a result, Li segregation may occur in the manufactured target. If Li segregation occurs in the target, a NiO film having a non-uniform Li concentration may be formed when a film is formed using the segregation of Li. The present specification provides a technique for forming a NiO film having a uniform Li concentration.
本明細書が開示する技術は、Liを含有するNiO膜を成膜するためのターゲットの製造方法に具現化される。この製造方法は、LiNiO2(ニッケル酸リチウム)を含有する粉末と、NiOを含有する粉末との混合粉末を、LiNiO2の融点よりも低い焼結温度で焼結する工程を備える。 The technique disclosed herein is embodied in a method for producing a target for forming a Li-containing NiO film. This production method includes a step of sintering a mixed powder of a powder containing LiNiO 2 (lithium nickelate) and a powder containing NiO at a sintering temperature lower than the melting point of LiNiO 2.
上記した製造方法では、Liを含む原料粉末として、融点が比較的に高いLiNiO2の粉末を用いる。従って、それを含む混合粉末の焼結を、LiNiO2の融点よりも低い焼結温度で実行することができる。これにより、LiNiO2が焼結工程中に溶融しない。従って、前述したLiの偏析が抑制されることで、Liの濃度が均一なターゲットを製造することができる。さらには、そのターゲットを用いて成膜を行うことで、Liの濃度が均一なNiO膜を成膜することができる。 In the above-mentioned production method, LiNiO 2 powder having a relatively high melting point is used as the raw material powder containing Li. Therefore, the sintering of the mixed powder containing it can be carried out at a sintering temperature lower than the melting point of LiNiO 2. As a result, LiNiO 2 does not melt during the sintering process. Therefore, by suppressing the segregation of Li described above, it is possible to produce a target having a uniform Li concentration. Furthermore, by forming a film using the target, a NiO film having a uniform Li concentration can be formed.
本技術の一実施例である成膜方法について説明する。この成膜方法は、Liを含有するNiO膜を成膜するものであり、その成膜材料であるターゲット10として、LiNiO2粉末とNiO粉末との焼結体を用いる。ここで、LiNiO2粉末とは、主にLiNiO2を含有する粉末を広く意味し、純粋にLiNiO2のみを含む粉末に限定されない。同様に、NiO粉末とは、主にNiOを含有する粉末を広く意味し、純粋にNiOのみを含む粉末に限定されない。
A film forming method, which is an embodiment of the present technology, will be described. In this film forming method, a Li-containing NiO film is formed, and a sintered body of LiNiO 2 powder and NiO powder is used as the
先ず、図1を参照して、本実施例で用いるターゲット10の製造方法について説明する。先ず、ステップS1において、LiNiO2粉末と、NiO粉末とが混合される。この混合した粉末を、以下、混合粉末と称することがある。粉末の混合比率は、ターゲット10を用いた成膜によって得られるNiO膜のアクセプタ密度によって定められてよい。粉末の混合比率は、特に限定されないが、例えば、NiO粉末に対して0.01wt%から30wt%の比率でLiNiO2粉末が混合されてよい。本実施例では、NiO粉末に対して、0.13wt%のLiNiO2粉末を混合し、混合粉末とした。
First, a method for manufacturing the
次いで、ステップS2において、混合粉末は、所定の条件でプレスされることによって焼結される。焼結温度は、例えば700℃といった一般的な温度に設定されてよい。なお、焼結温度の具体的な値は特に限定されないが、LiNiO2の融点よりも低い温度とするとよい。この点に関して、LiNiO2の融点は1000℃よりも高いことから、焼結温度についても十分に高い温度とすることができる。 Then, in step S2, the mixed powder is sintered by being pressed under predetermined conditions. The sintering temperature may be set to a general temperature such as 700 ° C. The specific value of the sintering temperature is not particularly limited, but it is preferable that the sintering temperature is lower than the melting point of Linio 2. In this regard, since the melting point of LiNiO 2 is higher than 1000 ° C., the sintering temperature can be set to a sufficiently high temperature.
次いで、ステップS2で成形された焼結体は、ステップS3において冷却される。冷却方法は特に限定されないが、徐冷されてよい。以上の製造方法によって、本実施例のターゲット10は製造される。
The sintered body formed in step S2 is then cooled in step S3. The cooling method is not particularly limited, but slow cooling may be performed. The
上記した製造方法では、Liを含む原料粉末として、融点が比較的に高いLiNiO2粉末を用いる。従って、それを含む混合粉末の焼結を、LiNiO2の融点よりも低い焼結温度で実行することができる。これにより、LiNiO2が焼結工程中に溶融しない。従って、Liの偏析が抑制されることで、Liの濃度が均一なターゲット10を製造することができる。
In the above-mentioned production method, LiNiO 2 powder having a relatively high melting point is used as the raw material powder containing Li. Therefore, the sintering of the mixed powder containing it can be carried out at a sintering temperature lower than the melting point of LiNiO 2. As a result, LiNiO 2 does not melt during the sintering process. Therefore, by suppressing the segregation of Li, the
次に、図2を参照して、上記したターゲット10を用いて、Liを含有するNiO膜を成膜する方法を説明する。ターゲット10を用いた成膜方法では、特に限定されないが、DCスパッタリングやRFスパッタリングといった種々のスパッタリングや、PLD(Pulse Laser Deposition)を採用することができる。
Next, with reference to FIG. 2, a method of forming a Li-containing NiO film using the
図2に、本実施例のターゲット10を用いて、NiO膜を製造する成膜装置12を示す。成膜装置12は、RF電圧を印加して高周波スパッタリングを実施する装置である。成膜装置12は、真空チャンバ14と、真空ポンプ18、20とを備える。真空ポンプ18、20には、第1真空ポンプ18と、第2真空ポンプ20とが含まれる。真空ポンプ18、20は真空チャンバ14の外部に配置されており、真空チャンバ14に接続されている。真空ポンプ18、20は、真空チャンバ14の内部を減圧し、所定の真空度に制御することができる。真空ポンプ18、20の種類は特に限定されないが、第1真空ポンプ18は、例えば、高真空排気用のクライオポンプであってよい。また第2真空ポンプ20は、例えば、ドライポンプであってよい。なお、本実施例では二つの真空ポンプが用いられているが、真空ポンプの数は特に限定されない。
FIG. 2 shows a
成膜装置12は、さらに、ガス供給装置22、24を備える。ガス供給装置22、24は、真空チャンバ14の外部に配置されており、真空チャンバ14に接続されている。ガス供給装置22、24は、真空チャンバ14の内部に、スパッタガスを供給することができる。ガス供給装置22、24には、第1ガス供給装置22と、第2ガス供給装置24とが含まれる。ガス供給装置22、24は、供給源25と、供給管26と、調節弁28とを備える。供給源25から供給されたガスは、供給管26を通じて調節弁28へ供給される。調節弁28は、真空チャンバ14へ供給するガスの量を、任意に制御することができる。調節弁28によって流量が制御されたガスは、真空チャンバ14に供給される。調節弁28は、特に限定されないが、例えばマスフローコントローラであってよい。ガス供給装置22、24から供給されるスパッタガスの種類や数は、特に限定されないが、Ar(アルゴン)ガスやO2(酸素)ガスであってよい。複数のスパッタガスを用いる場合、スパッタガスの供給比率は、調節弁28によって任意の比率に制御されてよい。
The
成膜装置12は、さらに、基板ステージ16と、カソード32とを備える。基板ステージ16は、真空チャンバ14の内部に配置されている。基板ステージ16は、NiO膜が成膜される基板30を配置することができる。カソード32は、真空チャンバ14の内部に配置されており、基板ステージ16に対向する位置に取り付けられている。カソード32には、ターゲット10を配置することができる。カソード32には、電源44が接続されている。カソード32は、例えば、マグネトロンRFスパッタカソードであってよい。また、カソード32に配置されたターゲット10の、一方の面(即ち、基板30と対向する面の裏側)には、ターゲット10の他方の面(即ち、基板30と対向する面)の水平磁場が所定の値となるように、永久磁石40が備えられてよい。
The
成膜装置12は、さらに、シャッター36を備える。シャッター36は、互いに対向している基板ステージ16とカソード32との間に配置される。シャッター36は、制御器42によって開閉可能に制御される。制御器42は、特に限定されないが、例えば回転エアシリンダであってよい。
The
以上のような成膜装置12を用いて、基板30の表面にLiを含有するNiO膜を成膜した一例を説明する。なお、カソード32には、マグネトロンRFスパッタカソードを用いた。また、ターゲット10の一方の面には、ターゲット10の他方の面の水平磁場が500Gになるように、複数の永久磁石40を配置した。
An example of forming a Li-containing NiO film on the surface of the
先ず、成膜の対象である基板30を、基板ステージ16に配置した。この基板30は、特に限定されないが、酸化ガリウム基板である。続いて、真空チャンバ14の内部を真空ポンプ18、20によって減圧し、内圧を1×10−5Pa以下にした。続いて、ガス供給装置22、24によって、スパッタガスを真空チャンバ14に供給した。スパッタガスには、ArガスとO2ガスを用いた。真空チャンバ14に供給されるスパッタガスは、ArガスとO2ガスの混合比率が10:3の比率となるよう調節弁28によって制御された。
First, the
次いで、ターゲット10に200Wの電力を印加した。これによって、真空チャンバ14内でRFによるマグネトロンスパッタリングが実行された。マグネトロンスパッタリングの実行中、シャッター36は制御器42の制御によって、所定の成膜条件に応じて開閉された。以上により、基板ステージ16上の基板30の表面に、Liを含有するNiO膜が成膜される。なお、上述した成膜装置12の各動作は、作業者の操作に応じて行われてもよいし、成膜装置12によって自動的に進められてもよい。
Next, 200 W of electric power was applied to the
上記の方法によって成膜された基板30の電気抵抗率は、0.83Ωcmであった。これに対して、ターゲットにLiをドープせずに同条件で成膜された基板の電気抵抗率は、7.8Ωcmであった。即ち、ターゲットにLiをドープすることによって、成膜後の基板30の電気抵抗率は低下している。従って、LiはNiO膜中に欠陥を増大させることなく取り込まれ、p型キャリアアクセプタとして機能していることが確認された。
The electrical resistivity of the
次に、図3を参照して、参考例の成膜装置60について説明する。本参考例の成膜装置60では、図2に示す実施例の成膜装置12と比較して、その内部の構成が変更されている。詳細には、本参考例では、複数のターゲット62、64を用いる。従って、複数のターゲット62、64に対応するように、複数のカソード66、68及び複数のシャッター70、72が設けられている。その他の構成については、前述した実施例の成膜装置12と共通しているので、ここでは同一の符号を付すことによって、重複する説明を省略する。
Next, the
本参考例の成膜装置60では、構成の異なる複数のターゲット62、64を用いる。ターゲット62、64は、第1ターゲット62と第2ターゲット64とを含む。第1ターゲット62は、NiOから構成されており、詳しくは、NiO粉末の焼結体である。第2ターゲット64は、主にLiNiO2から構成されており、詳しくは、LiNiO2粉末の焼結体である。即ち、第2ターゲット64は、Liを含有しており、成膜工程においてLiを供給する。本参考例の第2ターゲット64についても、Liを含む原料粉末として、融点が比較的に高いLiNiO2粉末が用いられているので、それを製造する過程(特に、焼結する工程)において、Liの偏析が抑制される。
In the
成膜装置60は、複数のカソード66、68を備える。第1カソード66には、第1ターゲット62が配置される。第2カソード68には、第2ターゲット64が配置される。また、それぞれのカソード66、68は、成膜手法によって選択されてよく、例えば、マグネトロンRFスパッタカソードであってよい。また、それぞれのカソード66、68の一方の表面(即ち、基板30と対向する面の裏面)には、それぞれが対応するターゲット62、64の他方の面(即ち、基板30と対向する面)の水平磁場が、所定の大きさとなるように、永久磁石40を備えてよい。
The
成膜装置60は、さらに複数のシャッター70、72を備える。複数のシャッター70、72は、第1シャッター70と、第2シャッター72とが含まれる。複数のシャッター70、72は、各々が対向するターゲット62、64に対向する位置に配置される。各々のシャッター70、72は、制御器42によって開閉可能に制御される。
The
以上のような成膜装置60を用いて、以下の手順で基板30の表面に、Liを含有するNiO膜を成膜した。初めに基板30を基板ステージ16上に配置してから、スパッタガスを調節弁28によって制御するまでは、実施例の成膜装置12を用いた成膜方法と同様の手順であるため、説明を省略する。なお、基板30についても、酸化ガリウムの基板が用いられている。
Using the
先ず、第1ターゲット62に200Wの電力を印加した。これによって、第1ターゲット62の表面近傍の空間において、プラズマが形成された。続いて、第2ターゲット64に30Wの電力を印加した。これによって、第2ターゲット64の表面近傍の空間においても、プラズマが形成された。その後、複数のターゲット62、64の各々に対応するシャッター70、72が、同時に開放された。
First, 200 W of electric power was applied to the
以上の手順によって、基板30には、第1ターゲット62と、第2ターゲット64のそれぞれから発生したスパッタ粒子による成膜が実行された。なお、本参考例においては複数のシャッター70、72は同時に開放されたが、複数のシャッター70、72は交互に開放されてもよい。その場合、Liを含む第2ターゲット64からの蒸発量を第2シャッター72によって制御することができる。即ち、NiO膜中のLiの濃度を制御することができる。
By the above procedure, the
上記の方法によって成膜された基板30の抵抗率は、0.91Ωcmであった。前述したように、ターゲットにLiをドープせずに、同条件で成膜された基板の抵抗率は、7.8Ωcmであった。即ち、Liをドープすることによって、電気抵抗率が低下している。従って、LiはNiO膜中に欠陥を増大させることなく取り込まれ、p型キャリアアクセプタとして機能していることが確認された。
The resistivity of the
以上、いくつかの具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは組み合わせによって技術的有用性を発揮するものである。 Although some specific examples have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of claims. The techniques described in the claims include various modifications and modifications of the specific examples illustrated above. The technical elements described herein or in the drawings exhibit their technical usefulness alone or in combination.
10、62、64: ターゲット
12、60:成膜装置
14:真空チャンバ
16:基板ステージ
18、20:真空ポンプ
22、24:ガス供給装置
25:供給源
26:供給管
28:調節弁
30:基板
32、66、68:カソード
36、70、72:シャッター
42:制御器
10, 62, 64:
Claims (1)
LiNiO2を含有する粉末と、NiOを含有する粉末との混合粉末を、LiNiO2の融点よりも低い焼結温度で焼結する工程を備える、
製造方法。 A method for producing a target for forming a Li-containing NiO film.
A step of sintering a mixed powder of a powder containing LiNiO 2 and a powder containing NiO at a sintering temperature lower than the melting point of LiNiO 2 is provided.
Production method.
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